EP0131087B1 - Nähmaschine mit einem Schrittmotor zur Vorschubsteuerung - Google Patents

Nähmaschine mit einem Schrittmotor zur Vorschubsteuerung Download PDF

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EP0131087B1
EP0131087B1 EP84101898A EP84101898A EP0131087B1 EP 0131087 B1 EP0131087 B1 EP 0131087B1 EP 84101898 A EP84101898 A EP 84101898A EP 84101898 A EP84101898 A EP 84101898A EP 0131087 B1 EP0131087 B1 EP 0131087B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stepping motor
microcomputer
phase
current
sewing machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP84101898A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0131087A2 (de
EP0131087A3 (en
Inventor
Joachim Ing. Grad. Hammermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH
GM Pfaff AG
Original Assignee
Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH
GM Pfaff AG
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH, GM Pfaff AG filed Critical Pfaff Haushaltsmaschinen GmbH
Publication of EP0131087A2 publication Critical patent/EP0131087A2/de
Publication of EP0131087A3 publication Critical patent/EP0131087A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0131087B1 publication Critical patent/EP0131087B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B19/00—Program-controlled sewing machines
    • D05B19/02—Sewing machines having electronic memory or microprocessor control unit
    • D05B19/12—Sewing machines having electronic memory or microprocessor control unit characterised by control of operation of machine
    • D05B19/16—Control of workpiece movement, e.g. modulation of travel of feed dog

Definitions

  • the invention relates to a sewing machine according to the preamble of claim 1.
  • Electronically controlled sewing machines preferably have stepper motor drives for controlling the change in the lateral swing-out movement of the needle bar and the feed movement of the fabric pusher, since these drives are outstandingly suitable for the implementation of the digitally stored stitch information.
  • the gear ratio between the step size of the stepper motor and the respective driven element must be chosen so that with a sufficiently fine gradation of the adjustment movement, a sufficiently fast execution of the adjustment of the driven element in the maximum adjustment range is achieved within the time available. With very specific requirements, the existing gradation from step to step is not sufficient. A further subdivision is necessary here.
  • Such a correction is particularly necessary in the case of sewing patterns which contain a large number of sewing stitches which are to be carried out both in one and in the other transport direction.
  • any feed difference between the two transport directions that is not recognizable for individual stitches has the effect of a total error, which can render the sewing result unusable.
  • the known arrangement is not intended to enter a specific correction value in addition to the specified control value to the stepper motor for the desired deviation from the specified angular position of the stepper motor.
  • the invention has for its object to enable the step position correction over the entire step area of the stepper motor and to combine with the stepper motor control.
  • a stepper motor control for a sewing machine results, in which a fine-step correction of the step positions specified by the stepper motor can be carried out in a simple manner, wherein the specified step angle, but a step angle deviating from it, is controlled.
  • a different correction in different situations can be predefined in a simple manner via the microcomputer.
  • the sewing machine is equipped with a main shaft 1 which, via a crank 2 and a link 3, sets a vertical lifting movement of a needle bar 6 provided with a needle 4 and mounted in a guide rocker 5.
  • the guide rocker 5 is mounted in the housing of the sewing machine, not shown, by means of a pin 7.
  • the guide rocker 5 has a shoulder 8, which is connected via a link 9 to a crank 10, which is arranged on the shaft 11 in the housing of the sewing machine Stepper motor 12 for controlling the stitch width of the needle 4 is attached.
  • the main shaft 1 drives a lower shaft 13 via a chain, not shown.
  • a gearwheel 14 is fastened on the shaft 13 and engages with a gearwheel 15 which is fastened on a shaft 16 mounted parallel to the shaft 13.
  • a secondary eccentric 17, which carries a cam 18, is screwed onto this.
  • an eccentric 19 is also attached, which is encompassed by an eccentric rod 20, on which two links 22 and 23 are articulated by means of a bolt 21.
  • the handlebar 22 is rotatably connected via a bolt 24 to an angle lever 25 which is rotatably mounted on an axle 26 fastened in the housing of the sewing machine and is connected via an arm 27 of the angle lever 25 and a rod 28 to a crank 29 which is on the Shaft 30 of a second stepping motor 31 arranged in the housing of the sewing machine, which controls the stitch length of the sewing machine.
  • the link 23 is articulated to an arm 33 of a rocker arm 34 supported on the shaft 13 by a bolt 32.
  • a second upwardly projecting arm 35 to rocker arm 34 has at its end a guide slot 36 in which a pin 37 is guided.
  • This is attached to a support arm 38, which is slidably mounted on a horizontal axis 39 fastened in the housing of the sewing machine parallel to the feed direction.
  • the support arm 38 carries a fabric slide 40, which is provided for the transport of sewing material, which is sewn by the needle 4 in cooperation with a gripper, not shown.
  • the support arm 38 is supported on the cams 18 of the lifting eccentric 17 via a web 41 directed downwards.
  • the two stepper motors 12 and 31 are identical in their structure and in their basic control; Therefore, the description of the control of the stepping motor 31 is sufficient to understand their mode of operation.
  • the Schrmitt motor 31 which is used to control the stitch length of the sewing machine, is designed as a two-strand stepper motor. It is controlled by a microcomputer 42 (FIG. 2), in the memory of which a large number of any sewing patterns are stored in a known manner.
  • a pulse generator 43 which is controlled by the main shaft 1 of the sewing machine, is connected to the microcomputer 42 and emits a pulse with each revolution of the main shaft 1 when the fabric pusher 40 is not in engagement with the sewing material and the stepping motor 31 can change the stitch adjustment.
  • the pulse is fed to a comparator 44 for pulse shaping, the output of which is connected to the INT input of the microcomputer 42.
  • the microcomputer 42 is connected via a group of eight data lines 47 to an intermediate memory 48 for transferring the control processes for the two phase windings 49 and 49 ′ present in the stepper motor 31, which are operated with constant current chopper control.
  • the output P11 of the microcomputer 42 is connected to the buffer memory 48 via a line 50 and the output WR of the microcomputer 42 is connected via a line 51.
  • a digital-to-analog converter unit 52 in which a control voltage U ST is generated, is connected downstream of the buffer memory 48. This is fed via line 53 to a chopper stage 54, in which it is compared with an actual voltage U, which is supplied via line 55 from a stepper motor output stage 56. A switching voltage U s is generated in the chopper stage 54 and conducted to the output stage 56 via a line 57. The two phase windings 49, 49 ′ of the stepping motor 31 are connected to the stepping motor output stage 56. The microcomputer 42 and the output stage 56 are still connected by lines 58 and 59 for the transmission of switching voltages U o and U.
  • the intermediate memory 48 serves to expand the output of the microcomputer 42 in order to subdivide the half-steps normally carried out by the stepping motor 31 for balance correction into seven intermediate stages.
  • the latch 48 (FIG. 3) has outputs 0, 1, 2 which are connected directly to inputs 0, 1, 2 of a D / A converter 60, while a further output 3 connects the latch 48 to a resistor 61 Input 3 of the D / A converter 60 is connected.
  • the input 3 of the D / A converter 60 is connected to ground via a resistor 62.
  • the output of the D / A converter 60 is connected to the non-inverting input of an impedance converter 63 and to a ground via a capacitor 64.
  • the output of the impedance converter 63 is connected via line 53 to a voltage divider 65, which consists of resistors 66 and 67, the resistor 67 being connected to ground.
  • a capacitor 68 is connected in parallel with the resistor 67.
  • connection point between the two resistors 66 and 67 is connected via a resistor 69 to the reference input of a comparator 70, to the inverting input of which line 55 is connected via a resistor 71.
  • the inverting input of the comparator 70 is connected to ground via a capacitor 72.
  • the output of the comparator 70 is connected via a capacitor 73 to the non-inverting input of a second comparator 74 and via a resistor 75, to which a diode 76 is connected in parallel, to the positive voltage source + U.
  • the inverting input of comparator 74 is on one consisting of resistors 77 and 78 connected voltage dividers connected between the positive voltage and ground.
  • the outputs of the comparators 70 and 74 are connected to one another and connected to the positive voltage source + U via a resistor 80. They are also connected to the stepper motor output stage 56 via the line 57.
  • the switching voltages U o and U are generated in the microcomputer 42 and are supplied to the stepper motor output stage 56 via the lines 58 and 59.
  • the switching voltages U o and U, controlled by the microcomputer 42, can assume the value L or H.
  • Line 58 is connected to the non-inverting input of a switching amplifier 81 and line 59 to the non-inverting input of a further switching amplifier 82 in the stepper motor output stage 56.
  • Line 57 is connected to the CE inputs of the two switching amplifiers 81 and 82. These work as switches for switching on and off or switching over the phase current I for the phase winding 49, which lies between the outputs of the two switching amplifiers 81 and 82.
  • the switching amplifiers 81 and 82 are connected with their positive current connections via a line 83 to a positive voltage source + U B and with their sensor connections via line 55 to a measuring resistor 84 which is connected to ground.
  • the switching voltage U o of line 58 is H
  • the switching voltage U line 59
  • the switching voltage U s of line 57 is also level L.
  • the switching amplifier 82 is grounded .
  • the level H of the line 58 causes the switching amplifier 81 to switch through as soon as the switching voltage U s of the line 57 at the CE input also switches to H potential (see also FIG. 4b).
  • phase current I thus begins to flow from the positive voltage source + U B via the switching amplifier 81, the phase winding 49, the switching amplifier 82 and the measuring resistor 84 to ground.
  • a voltage drop is generated at the measuring resistor 84, which is supplied via the line 55, the resistor 71 and the capacitor 72 as actual voltage U, (FIG. 4c) with a time delay to the comparator 70 and here with the reference voltage formed from the control voltage U ST on line 53 is compared. If the actual voltage U exceeds the control voltage U ST via the measuring resistor 84, the end of the charging phase is reached at the time t.
  • the output of the comparator 70 switches the switching voltage U s to L potential (FIG. 4b) and the two switching amplifiers 81 and 82 are switched off via the line 57 connected to their CE inputs. At the same time, this negative voltage jump is transmitted via the capacitor 73 as switching voltage U s , (FIG.
  • phase winding 49 is alternately connected to a relatively high voltage and separated from it after reaching the current setpoint I s , so that, due to the law of induction, the energy stored in the phase winding 49 is fed back into the voltage source + U s via the freewheeling diodes 85 becomes.
  • the current I in the phase winding 49 therefore continues to flow.
  • phase current I of the phase windings 49 and 49 ′ can be changed by the D / A converter unit 52 in order to increase the torque of the stepping motor 31 during its movement phase, to increase the holding force of the stepping motor 31 in a half-step position and to correct the step adjustment within the predetermined step angle .
  • the level of the control voltage U ST is controlled by the microcomputer 42 (FIG. 3) by entering a correction number into the buffer memory 48 via the data lines 47. At its output and thus also at the input of the D / A converter 60, this correction number is now pending during normal operation of the stepping motor 31 until a new correction number is entered, while the microcomputer 42 alternately corrects the correction operation for reasons described later rectification number and the value 0 in a ratio of 1: 1 to the buffer memory 48.
  • the correction number is converted into a corresponding level voltage and the square-wave voltage generated in the correction mode is sifted through the capacitor 64, so that a relatively low pulsating control voltage is present on the line 53.
  • the again reduced control voltage U ST which is largely smoothed again by the capacitor 68, can then be taken from the voltage divider 65 and fed to the comparator 70 as a reference voltage via the resistor 69.
  • the level of the control voltage U ST determines the rise time and thus the level of the phase current I (FIG. 4).
  • Suitable constant circuit values assign predetermined constant current values to the string current I.
  • the magnitude of the phase current I is adjusted to a current value + I H , -I H , + Iy, -I V or a current value between + I B and -I B in accordance with the correction number pending at the intermediate memory 48 (FIGS. 5 and 6) .
  • a positive sign denotes a current flow of the string current I in one direction, a negative sign a current flow of the string current I in the other direction determined by the control voltages U o and U 1 . If the control voltages U o and U 1 are the same, then no current flows through the respective phase winding 49 or 49 '.
  • 5 shows the current profile in the two phase windings 49 and 49 'of the stepping motor 31 when eight full steps have been carried out in one direction and after a pause of eight full steps and a half step in the other direction.
  • 5a shows the course of the phase current I in the phase winding 49
  • FIG. 5b shows the course of the phase current I in the phase winding 49 '.
  • the stepper motor 31 is in the full step position, since both phase windings 49 and 49 'are traversed by phase currents I with the current value + I v .
  • H potential is present at the inputs 0, 1 and 2 of the D / A converters 60 of the two phase windings. Since both phase currents I have the current values + Iy, the holding torque is sufficiently large.
  • the sequence of steps begins at time t.
  • the current flow in the phase winding 49 ' is increased to the current value + I H while the current flow in the phase winding 49 is reversed by changing the control voltages U o and U 1 and increased to the current value -I H.
  • an increased torque for driving the stepping motor 31 is generated by the microcomputer 42 also applying 60 H potential to the input 3 of the D / A converter in addition to the inputs 0 to 2.
  • the stepper motor 31 is driven until after reaching the desired full step position at time t 8, the phase currents I of the two phase windings 49 and 49 'are reduced to the current value + I v .
  • the phase current I of the phase winding 49 is increased to the current value + I H at the time t ′ 1 , while the current flow in the phase winding 49 ′ is reversed and thereby increased to the current value -I H .
  • the phase current I of the phase winding 49 is reversed from the current value + I H , while the phase current I of the phase winding 49' is maintained, etc.
  • the stepping motor 31 is in Half step position, in which the phase current I of the one phase winding, in this case the phase winding 49 ', is zero.
  • the phase current I of the other phase winding 49 is therefore kept at its increased current value + I H in order to correspondingly increase the holding force of the stepping motor 31 which is normally reduced in this position.
  • the step adjustment between a full step VS and the adjacent half step HS is corrected by dividing the intermediate step angle into seven intermediate stages. Since the stepper motor 31 operates very strongly in its magnetic saturation during the intended operation, its angular deviation is no longer proportional to the change in current. Measurements have shown that a proportionality of angular rotation and current change in the present case only occurs below half the current value + I v or -I v of the phase current I, that is to say first below + I B or -I B. To carry out a step correction in seven uniform stages, the current stage of the phase current + I v or -I v predetermined by the microcomputer 42 is halved in each case.
  • the stepper motor 31 sets itself to a half step HS. As shown in FIG. 6 (position HS), the phase current I of one winding 49 has the value 0 and that of the other winding 49 'has a value + I H , for example.
  • the stepper motor 31 thereby changes its angle of rotation such that it adjusts itself to the position HS in the middle between the two full steps VS.
  • the stepping motor 31 By applying a certain correction number chopped with the value 1: 1 from the microcomputer 42 to the buffer 48 of the phase winding 49 - for example H potential at outputs 0 and 2 and L potential at outputs 1 and 3 with positive phase current I while maintaining the Value + I v in the phase winding 49'-the stepping motor 31 adjusts itself to the correction position of the twist angle cp shown in FIG. 6 by the identification 5. The same applies to the adjustment to other correction positions.
  • the input 3 of the D / A converter 60 at whose inputs H potential is present in this case, remains at H potential in order to increase the holding torque of the stepping motor 31 which is lower in this position .
  • the voltage divider from the resistors 61 and 62 is connected upstream, so that the control voltage U ST is not doubled, but is only increased by half the amount.
  • phase current I of the respectively excited phase winding 49 or 49 'in the half-step position HS increases from the current value + I v or -I v to the current value + I H or -I H , at which there are still no heat problems in a permanent position the stepping motor 31 in this position.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Sewing Machines And Sewing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Elektronisch gesteuerte Nähmaschinen weisen vorzugsweise Schrittmotorantriebe zur Steuerung der Veränderung der seitlichen Ausschwingbewegung der Nadelstange und der Vorschubbewegung des Stoffschiebers auf, da sich diese Antriebe hervorragend für die Umsetzung der digital gespeicherten Stichinformationen eignen. Des Übersetzungsverhältnis zwischen der Schrittgröße des Schrittmotors und dem jeweils angetriebenen Element muß dabei so gewählt werden, daß bei einer genügend feinen Abstufung der Verstellbewegung eine ausreichend schnelle Ausführung der Verstellung des angetriebenen Elementes im maximalen Verstellbereich innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit erreicht wird. Bei ganz bestimmten Voraussetzungen genügt die vorhandene Abstufung von Schritt zu Schritt allerdings nicht. Hier ist eine weitere Unterteilung erforderlich.
  • Bei einer bekannten Nähmaschine (DE-OS 28 21 552) ist die Schrittstellung des Schrittmotors für die Veränderung der Transportbewegung der Nähmaschine von Hand korrigierbar. Dies geschieht dadurch, daß die beiden Strangwicklungen des Schrittmotors durch zwei Potentiometer unterschiedlich erregt werden. Durch diese Maßnahme lassen sich die Verstellstufen des Stellgliedes für den Stoffvorschub im minimalen Vorschubbereich weiter unterteilen. Durch die bessere Feineinstellung des Stellgliedes können bessere Nähergebnisse erzielt werden, insbesondere dann, wenn gleich große Vorschubschritte nahe des Nulltransportbereiches sowohl beim Vorwärts- als auch beim Rückwärtsnähen ausgeführt werden. Die sich in diesem Bereich zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtsvorschub ergebenden Differenzen hängen außer von der werkseitig einstellbaren exakten Schrittstellung des Schrittmotors in die Nulltransportlage des Stellgliedes von der Art des zu vernähenden Stoffes und von der Arbeitsweise des Stoffschiebers ab, so daß eine Nachsteilbarkeit vorhanden sein muß, wenn nicht die Güte der auszuführenden Näharbeit leiden soll.
  • Ganz besonders ist eine darartige Korrektur bei Nähmustern erforderlich, welche eine Vielzahl von Nähstichen enthalten, die sowohl in der einen als auch in der anderen Transportrichtung auszuführen sind. Hier wirkt sich jeder bei einzelnen Stichen nicht erkennbare Vorschubunterschied zwischen den beiden Transportrichtungen als Summenfehler aus, der das Nähergebnis unbrauchbar machen kann.
  • Die obengenannte bekannte Nähmaschine löst das Problem nur sehr unvollkömmen, da die Feineinstellung nur auf den minimalen Vorschubbereich der Nähmaschine beschränkt ist. Bei Einstellung größerer Stichlängen ist eine Korrektur zur exakten Ausführung gleich größer Vor-und Rückwärtsstiche nicht möglich.
  • Durch die EP-A-0 027 867 ist bereits eine Nähmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einem Mikrocomputer bekannt, welcher den an ihn angeschlossenen D/ A-Wandler Informationen zur Bereitstellung von bestimmten Spannungswerten zur Ansteuerung der gewünschten Drehwinkel eines Schrittmotors zuleitet. Mit dieser Anordnung läßt sich ein fast stufenloses Drehwinkelverhalten des Schrittmotors erzielen.
  • Die bekannte Anordnung ist aber nicht dafür vorgesehen, dem Schrittmotor zur gewollten Abweichung gegenüber der vorgegebenen Winkelstellung des Schrittmotors außer dem vorgegebenen Steuerungswert einen bestimmten Korrekturwert einzugeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schrittstellungskorrektur über den gesamten Schrittbereich des Schrittmotors zu ermöglichen und mit der Schrittmotorsteuerung zu vereinigen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 ergibt sich eine Schrittmotorsteuerung für eine Nähmaschine, bei der sich eine feinstufige Korrektur der vom Schrittmotor vorgegebenen Schrittpositionen in einfacher Weise durchführen läßt, wobei nicht der vorgegebene Schrittwinkei, sondern ein gegenüber diesem abweichender Schrittwinkel angesteuert wird. Außerdem kann über den Mikrocomputer in einfacher Weise eine unterschiedliche Korrektur bei verschiedenen Situationen vorgegeben werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht der Triebwerkstelle einer Nähmaschine, insbesondere für die Stichlängenverstellung durch einen Schrittmotor;
    • Fig. 2 ein Blockschaltbild, des die Steuerung des Schrittmotors zeigt;
    • Fig. 3 einen vereinfachten Schaltplan der Stromregelung und der Endstufe eines Stranges des Schrittmotors;
    • Fig. 4 den Verlauf der Steuer- und der Pegelspannungen sowie des Strangstromes einer Strangwicklung des Schrittmotors;
    • Fig. 5 den Verlauf der Strangströme der beiden Strangwicklungen des Schrittmotors bei der Ausführung von Voll- und Halbschritten während seines Antriebes und in einer Voll- und einer Halbschritthalteposition und
    • Fig. 6 den Verlauf der Strangströme der beiden Strongwicklungen des Schrittmotors in aufeinanderfolgenden Korrekturpositionen.
  • Wie die Fig. 1 zeigt, ist die Nähmaschine mit einer Hauptwelle 1 ausgestattet, welche über eine Kurbel 2 und einen Lenker 3 eine mit einer Nadel 4 versehene, in einer Führungsschwinge 5 gelagerte Nadelstange 6 in vertikale Hubbewegungen versetzt. Die Führungsschwinge 5 ist dabei in dem nicht dargestellten Gehäuse der Nähmaschine mittels eines Zapfens 7 gelagert.
  • Die Führungsschwinge 5 weist einen Ansatz 8 auf, der über einen Lenker 9 mit einer Kurbel 10 verbunden ist, die auf der Welle 11 eines im Gehäuse der Nähmaschine angeordneten Schrittmotors 12 zur Steuerung der Überstichbreite der Nadel 4 befestigt ist.
  • Die Hauptwelle 1 treibt über eine nicht dargestellte Kette eine untere Welle 13 an. Auf der Welle 13 ist ein Zahnrad 14 befestigt, welches mit einem Zahnrad 15 in Eingriff staht, das auf einer parallel zur Welle 13 gelagerten Welle 16 befestigt ist. Auf dieser ist ein Nebeexzenter 17 festgeschraubt, welcher einen Nocken 18 trägt. Auf der Welle 16 ist ferner ein Exzenter 19 befestigt, der von einer Exzenterstange 20 umgriffen wird, an der mittels eines Bolzens 21 zwei Lenker 22 und 23 angelenkt sind. Der Lenker 22 ist über einen Bolzen 24 mit einem Winkelhebel 25 drehbar verbunden, der auf einer im Gehäuse der Nähmaschine befestigten Achse 26 drehbar gelagert ist und über einen Arm 27 des Winkelhebels 25 und eine Stange 28 mit einer Kurbel 29 verbunden ist, die auf der Welle 30 eines zweiten in dem Gehäuse der Nähmaschine angeordneten Schrittmotors 31 befestigt ist, der die Steuerung der Stichlänge der Nähmaschine bewirkt.
  • Durch einen Bolzen 32 ist der Lenker 23 mit einem Arm 33 eines auf der Welle 13 gelagerten Schwinghebels 34 gelenkig verbunden. Ein zweiter nach oben ragender Arm 35 bis Schwinghebels 34 weist an seinem Ende einen Führungsschlitz 36 auf, in dem ein Zapfen 37 geführt ist. Dieser ist an einem Tragarm 38 befestigt, der auf einer horizontalen, im Gehäuse der Nähmaschine parallel zur Vorschubrichtung befestigten Achse 39 verschiebbar gelagert ist. An seinem freien Ende trägt der Tragarm 38 einen Stoffschieber 40, der zum Transport von Nähgut vorgesehen ist, welches von der Nadel 4 im Zusammenwirken mit einem nicht dargestellten Greifer vernäht wird. Der Tragarm 38 stützt sich über einen nach unten gerichteten Steg 41 auf den Nocken 18 des Hebeexzenters 17 ab.
  • Die beiden Schrittmotoren 12 und 31 sind in ihrem Aufbau und in ihrer prinzipiellen Steuerung identisch; se genügt daher für das Verständnis ihrer Wirkungsweise die Beschreibung der Steuerung des Schrittmotors 31.
  • Der Schrmittmotor 31, der zur Steuerung der Stichlänge der Nähmaschine dient, ist als Zweistrang-Schrittmotor ausgebildet. Er wird von einem Mikrocomputer 42 (Fig. 2) gesteuert, in dessen Speicher in bekannter Weise eine Vielzahl von beliebigen Nähmustern gespeichert sind.
  • Am Mikrocomputer 42 ist ein von der Hauptwelle 1 der Nähmachine gesteuerter Impulsgeber 43 angeschlossen, der bei jeder Umdrehung der Hauptwelle 1 dann einen Impuls abgibt, wenn der Stoffschieber 40 mit dem Nähgut nicht in Eingriff steht und der Schrittmotor 31 eine Veränderung der Stichverstellung vornehmen kann. Der Impuls wird zur Impulsformung einem Komparator 44 zugeführt, dessen Ausgang mit dem INT-Eingang des Mikrocomputers 42 verbunden ist.
  • Der Mikrocomputer 42 ist über eine Gruppe von acht Datenleitungen 47 mit einem Zwischenspeicher 48 zur Übertragung der Steuerungsvorgänge für die in dem Schrittmotor 31 vorhandenen beiden Strangwicklungen 49 und 49' verbunden, die mit Konstantstrom-Chopperregelung betrieben werden. Außerdem ist der Ausgang P11 des Mikrocomputers 42 über eine Leitung 50 und der Ausgang WR des Mikrocomputers 42 über eine Leitung 51 mit dem Zwischenspeicher 48 verbunden.
  • Da der Aufbau der Regelschaltung zwischen dem Zwischenspeicher 48 und den Strangwicklungen 49 bzw. 49' identisch ist, wird nur die Regelung für die Strangwicklung 49 beschrieben. Gleichartige Elemente in den beiden Regelkreisen sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Dem Zwischenspeicher 48 ist eine Digital-Analog-Wandlereinheit 52 nachgeschaltet, in dem eine Steuerspannung UST erzeugt wird. Diese wird über eine Leitung 53 einer Chopper-Stufe 54 zugeführt, in der sie mit einer Istspannung U, verglichen wird, die über eine Leitung 55 von einer Schritt-motor-Endstufe 56 geliefert wird. In der Chopper-Stufe 54 wird eine Schaltspannung Us erzeugt und über eine Leitung 57 an die Endstufe 56 geleitet. An die Schrittmotor-Endstufe 56 sind die beiden Strangwicklungen 49, 49' des Schrittmotors 31 angeschlossen. Der Mikrocomputer 42 und die Endstufe 56 sind noch durch Leitungen 58 und 59 zur Übertragung von Schaltspannungen Uo und U, verbunden.
  • Der Zwischenspeicher 48 dient zur Ausgangserweiterung des Mikrocomputers 42, um die normal vom Schrittmotor 31 ausgeführten Halbschritte zur Balance-Korrektur nochmals in sieben Zwischenstufen zu unterteilen.
  • Der Zwischenspeicher 48 (Fig. 3) weist Ausgänge 0, 1, 2 auf, die direkt an Eingange 0, 1, 2 eines D/A-Wandlers 60 angeschlossen sind, während ein weiterer Ausgang 3 das Zwischenspeichers 48 über einen Widerstand 61 an einen Eingang 3 des D/A-Wandlers 60 angeschlossen ist. Der Eingang 3 des D/A-Wandlers 60 ist über einen Widerstand 62 mit Masse verbunden. Der Ausgang des D/A-Wandlers 60 ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines Impedanzwandlers 63 und über einen Kondensator 64 mit Masse verbunden.
  • Der Ausgang das Impedanzwandlers 63 ist über die Leitung 53 an einem Spannungsteiler 65 angeschlossen, der aus Widerständen 66 und 67 besteht, wobei der Widerstand 67 mit Masse verbunden ist. Parallel zu dem Widerstand 67 ist ein Kondensator 68 geschaltet.
  • Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 66 und 67 ist über einen Widerstand 69 an den Referenzeingang eines Komparators 70 angeschlossen, an dessen invertierenden Eingang über einen Widerstand 71 die Leitung 55 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Komparators 70 ist über einen Kondensator 72 mit Masse verbunden.
  • Der Ausgang des Komparators 70 ist über einen Kondensator 73 an den nicht invertierenden Eingang eines zweiten Komparators 74 angeschlossen und über einen Widerstand 75, dem eine Diode 76 parallel geschaltet ist, mit der positiven Spannungsquelle +U verbunden. Der invertierende Eingang des Komparators 74 ist an einem aus den Widerständen 77 und 78 bestehenden zwischen die positive Spannung und Masse geschalteten Spannungsteiler angeschlossen. Die Ausgänge der Komparatoren 70 und 74 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand 80 an die positive Spannungsquelle +U angeschlossen. Außerdem sind sie über die Leitung 57 mit der Schrittmotor-Endstufe 56 verbunden.
  • Im Mikrocomputer 42 werden die Schaltspannungen Uo und U, erzeugt, die über die Leitungen 58 und 59 der Schrittmotor-Endstufe 56 zugeführt werden. Die Schaltspannungen Uo und U, können vom Mikrocomputer 42 gesteuert den Wert L oder H annehmen.
  • Die Leitung 58 ist an den nicht invertierenden Eingang eines Schaltverstärkers 81 und die Leitung 59 an den nicht invertierenden Eingang eines weiteren Schaltverstärkers 82 in der Schrittmotor-Endstufe 56 angeschlossen. Die Leitung 57 ist mit den CE-Eingängen der beiden Schaltverstärker 81 und 82 verbunden. Diese arbeiten als Schalter zur Zu- und Abschaltung bzw. Umschaltung des Strangstromes I für die Strangwicklung 49, die zwischen den Ausgängen der beiden Schaltverstärker 81 und 82 liegt.
  • Die Schaltverstärker 81 und 82 sind mit ihren positiven Stromanschlüssen über eine Leitung 83 mit einer positiven Spannungsquelle +UB und mit ihren Sensoranschlüssen über die Leitung 55 an einen Meßwiderstand 84 angeschlossen, der mit Masse in Verbindung steht.
  • Die Anordnung arbeitet wie folgt:
  • Wird an die nicht invertierenden Eingänge der Schaltverstärker 81 und 82 (Fig. 3) jeweils ein H-Signal angelegt, so wird ihr Ausgang an die positive Betriebsspannung durchgeschaltet, während beim Anliegen eines L-Signales ihr Ausgang nach Masse durchgeschaltet wird. Liegt am Chip-Enable-Eingang (CE) ein L-Signal, wird der Ausgang hochohmig, d. h. es fließt kein Strom. Die CE-Eingänge dienen zum Choppen der Verstärker 81 und 82.
  • Es sei angenommen, die Schaltspannung Uo der Leitung 58 sei H, die Schaltspannung U, der Leitung 59 sei L und die Schaltspannung Us der Leitung 57 habe ebenfalls den Pegel L. Infolge des Pegels L der Leitung 59 liegt der Schaltverstärker 82 an Masse. Der Pegel H der Leitung 58 bewirkt ein Durchschalten des Schaltverstärkers 81, sobald auch die Schaltspannung Us der Leitung 57 am CE-Eingang auf H-Potential umschaltet (siehe auch Fig. 4b). In diesem Fall beginnt somit Strangstrom I von der positiven Spannungsquelle +UB über den Schaltverstärker 81, die Strangwicklung 49, den Schaltverstärker 82 und den Meßwiderstand 84 an Masse zu fließen. Am Meßwiderstand 84 wird ein Spannungsabfall erzeugt, der über die Leitung 55, den Widerstand 71 und den Kondensator 72 als Istspannung U, (Fig. 4c) zeitlich verzögert dem Komparator 70 zugeführt und hier mit der aus der Steuerspannung UST auf Leitung 53 gebildeten Referenzspannung verglichen wird. Überschreitet die Istspannung U, über dem Meßwiderstand 84 die Steuerspannung UST, so ist im Zeitpunkt t, das Ende der Aufladephase erreicht. Der Ausgang des Komparators 70 schaltet die Schaltspannung Us auf L-Potential um (Fig. 4b) und die beiden Schaltverstärker 81 und 82 werden über die an ihren CE-Eingängen angeschlossene Leitung 57 abgeschaltet. Gleichzeitig wird dieser negative Spannungssprung über den Kondensator 73 als Schaltspannung Us, (Fig. 4d) an den nicht invertierenden Eingang des Komparators 74 übertragen, wodurch dieser auf L-Potential schaltet und die Abschaltung der Schaltverstärker 81 und 82 aufrecht hält. Diese würden sonst, da durch den Meßwiderstand 84 nun kein Strom mehr fließt, wieder eingeschaltet werden.
  • Erst nachdem der Kondensator 73 über den Widerstand 75 so weit aufgeladen ist, daß die Schaltspannung Us, (Fig. 4d) am nicht invertierenden Eingang des Komparators 74 die durch den Spannungsteiler (Widerstände 77 und 78) am invertierenden Eingang anliegende Referenzspannung UR überschreitet (Zeitpunkt t2), schaltet der Ausgang des Komparators 74 wieder auf H-Potential. Dadurch wird der Schaltverstärker 81 über seinen CE-Eingang wieder durchgeschaltet und der beschriebene Schaltablauf beginnt von neuem. Vom Zeitpunkt t, ab wird der Strangstrom I der Strangwicklung 49 gechoppt.
  • Auf diese Weise wird die Strangwicklung 49 wechselweise an eine, verhältnismäßig hohe Spannung geschaltet und nach Erreichen des Stromsollwertes Is von dieser getrennt, so daß auf Grund des Induktionsgesetzes die in der Strangwicklung 49 gespeicherte Energie über die Freilaufdioden 85 in die Spannungsquelle +Us zurückgespeist wird. Der Strom I in der Strangwicklung 49 fließt also weiter.
  • Bei gleichzeitiger Erregung der beiden Strangwicklungen 49 und 49' (Fig. 1) ergeben sich dabei Vollschritte; bei Erregung nur einer einzigen Strangwicklung 49 oder 49' zwischen zwei benachbarten Vollschritten ergibt sich ein Halbschritt.
  • Der Strangstrom I der Strangwicklungen 49 und 49' kann zur Erhöhung des Drehmomentes des Schrittmotors 31 während seiner Bewegungsphase, zur Erhöhung der Haltskraft des Schrittmotors 31 in einer Halbschrittstellung und zur Korrektur der Schrittverstellung innerhalb des vorgegebenen Schrittwinkels durch die D/A-Wandlereinheit 52 verändert werden.
  • Der Strangstrom I der Strangwicklungen 49 und 49' verändert sich proportional mit der Steuerspannung UST. Die Höhe der Steuerspannung UST wird vom Mikrocomputer 42 (Fig. 3) gesteuert, indem dieser eine Korrekturzahl über die Datenleitungen 47 in den Zwischenspeicher 48 eingibt. An dessen Ausgang und damit auch am Eingang des D/A-Wandlers 60 steht diese Korrekturzahl beim Normalbetrieb des Schrittmotors 31 nunmehr bis zur Eingabe einer neuen Korrekturzahl dauerhaft an, während der Mikrocomputer 42 beim Korrekturbetrieb aus später beschriebenen Gründen abwechselnd die Korrekturzahl und den Wert 0 im Verhältnis 1:1 an den Zwischenspeicher 48 anlegt.
  • Im D/A-Wandler 60 wird die Korrekturzahl in eine entsprechende Pegelspannung umgewandelt und die im Korrekturbetrieb erzeugte Rechteckspannung durch den Kondensator 64 gesiebt, so daß auf der Leitung 53 eine relativ gering pulsierende Steuerspannung ansteht. Am Spannungsteiler 65 kann dann die nochmals reduzierte Steuerspannung UST, die durch den Kondensator 68 noch einmal weitgehend geglättet wird, entnommen und über den Widerstand 69 dem Komparator 70 als Referenzspannung zugeführt werden. Die Höhe der Steuerspannung UST bestimmt die Anstiegszeit und damit die Höhe des Strangstromes I (Fig. 4).
  • Durch geeignete Schaltungsmaßnahmen werden dem Strangstrom I vorbestimmte konstante Stromwerte zugeordnet. Die Höhe des Strangstromes I wird dabei entsprechend der am Zwischenspeicher 48 anstehenden Korrekturzahl auf einen Stromwert +IH, -IH, +Iy, -IV oder einen Stromwert zwischen +IB und -IB eingeregelt (Fig. 5 und 6). Dabei bezeichnet ein positives Vorzeichen einen Stromfluß des Strangstromes I in der einen, ein negatives Vorzeichen einen Stromfluß des Strangstromes I in der anderen durch die Steuerspannungen Uo und U1 bestimmten Richtung. Sind die Steuerspannungen Uo und U1 gleich, so fließt kein Strom durch die jeweilige Strangwicklung 49 bzw. 49'.
  • Fig. 5 zeigt den Stromverlauf in den beiden Strangwicklungen 49 und 49' des Schrittmotors 31 bei der Ausführung von acht Vollschritten in der einen Richtung und nach einer Pause von acht Vollschritten und einem Halbschritt in der anderen Richtung. Die Fig. 5a zeigt dabei den Verlauf des Strangstromes I in der Strangwicklung 49 und die Fig. 5b den Verlauf des Strangstromes I in der Strangwicklung 49' an.
  • Zum Zeitpunkt to steht der Schrittmotor 31 in Vollschrittposition, da beide Strangwicklungen 49 und 49' von Strangströmen I mit dem Stromwert +Iv durchflossen werden. In dieser Vollschrittposition liegt an den Eingängen 0, 1 und 2 der D/A-Wandler 60 der beiden Strangwicklungen jeweils H-Potential an. Da beide Strangströme I die Stromwerte +Iy aufweisen, ist ein genügend großes Haltemoment gegeben.
  • Im Zeitpunkt t, beginnt die Schrittfolge. Der Stromfluß in der Strangwicklung 49' wird auf den Stromwert +IH erhöht während der Stromfluß in der Strangwicklung 49 durch Wechsel der Steuerspannungen Uo und U1 umgekehrt und auf den Stromwert -IH erhöht wird. Dadurch wird ein erhöhtes Drehmoment zum Antrieb des Schrittmotors 31 erzeugt, indem der Mikrocomputer 42 zusätzlich zu den Eingängen 0 bis 2 auch an den Eingang 3 der D/A-Wandler 60 H-Potential anlegt.
  • Im Zeitpunkt t2 wird der Stromfluß und der Stromwert -IH in der Strangwicklung 49 beibehalten, während in der Strangwicklung 49' der Stromfluß auf den Stromwert -IH umgekehrt wird. Auf diese Weise wird der Schrittmotor 31 angetrieben, bis nach Erreichen der gewünschten Vollschrittposition im Zeitpunkt t8 die Strangströme I der beiden Strangwicklungen 49 und 49' auf den Stromwert +Iv reduziert werden.
  • Zur Ausführung einer Drehung das Schrittmotors 31 in der umgekehrten Richtung wird im Zeitpunkt t'1 der Strangstrom I der Strangwicklung 49 auf den Stromwert +IH erhöht, während der Stromfluß in der Strangwicklung 49' umgekehrt und dabei auf den Stromwert -IH erhöht wird. Im Zeitpunkt t'2 wird der Strangstrom I der Strangwicklung 49 vom Stromwert +IH umgekehrt, während der Strangstrom I der Strangwicklung 49' beibehalten wird, usw. Im Zeitpunkt t's, am Ende der zweiten Schrittfolge also, steht der Schrittmotor 31 in Halbschrittposition, in der der Strangstrom I der einen Strangwicklung, in diesem Falle der Strangwicklung 49', Null ist. Der Strangstrom I der anderen Strangwicklung 49 wird daher auf seinem erhöhtem Stromwert +IH gehalten, um die normal in dieser Position verminderte Haltekraft des Schrittmotors 31 entsprechend zu erhöhen.
  • In Fig. 6 ist die gesteuerte Korrektur zwischen zwei Vollschrittpositionen VS dargestellt.
  • Eine Korrektur der Schrittverstellung zwischen einem Vollschritt VS und dem benachbarten Halbschritt HS erfolgt durch Unterteilung des dazwischen liegenden Schrittwinkeis in sieben Zwischenstufen. Da der Schrittmotor 31 bei dem vorgesehenen Betrieb sehr stark in seiner magnetiscehn Sättigung arbeitet, erfolgt seine Winkelabweichung nicht mehr proportional zur Stromänderung. Messungen haben ergeben, daß eine Proportionalität von Winkeldrehung und Stromänderung im vorliegenden Fall erst unterhalb der Hälfte des Stromwertes +Iv bzw. -Iv des Strangstromes I, also erste unterhalb von +IB bzw. -IB auftritt. Zur Ausführung einer Schrittkorrektur in sieben gleichmäßigen Stufen wird daher die vom Mikrocomputer 42 vorgegebene Stromstufe des Strangstromes +Iv bzw. -Iv jeweils halbiert. Diese erfolgt durch das bereits erwähnte Choppen der an den Ausgängen 0 bis 2 des Zwischenspeichers 48 anstehenden Korrekturzahl durch den Mikrocomputer 42 (Fig. 3) im Verhältnis Pulszeit: Pausenzeit=1:1. Während der Pulszeit steht im Zwiscehnspeicher 48 die vorgegebene Korrekturzahl und während der Pausenzeit die Zahl 0. Nach entsprechender Siebung durch den Kondensator 64 sowie den Widerstand 66 und den Kondensator 68 weist die erzeugte Steuerspannung UST nur noch den halben vorherigen Wert auf.
  • Wenn an allen Eingangen 0 bis 3 des D/A-Wandlers 60 der einen Strangwicklung 49 bzw. 49' L-Potential enliegt, die Korrekturzahl also 0 ist, während bei der anderen Strangwicklung 49' bzw. 49 der Korrekturwert an den Eingängen 0 bis 3 konstantes H-Potential aufweist, stellt sich der Schrittmotor 31 auf einen Halbschritt HS ein. Wie die Fig. 6 (Stellung HS) zeigt, weist dann beispielsweise der Strangstrom I der einen Wicklung 49 den Wert 0 und der der anderen Wicklung 49' einen Wert +IH auf. Der Schrittmotor 31 andert dadurch seinen Verdrehungswinkel derart, daß er sich auf die Stellung HS in der Mitte zwischen den beiden Vollschritten VS einstellt.
  • Beim Vollschritt VS sind alle Eingänge 0 bis 2 der D/A-Wandler 60 der beiden Strangwicklungen 49 und 49' auf H-Potential geschaltet. Wenn dagegen alle Eingänge 0 bis 3 des einen D/A-Wandlers auf L-Potential geschaltet sind und alle Eingänge 0 bis 3 des anderen D/A-Wandlers 60 auf H-Potential geschaltet sind, liegt ein Halbschritt HB vor.
  • Durch Anliegen einer bestimmten mit dem Wert 1:1 gechoppten Korrekturzahl vom Mikrocomputer 42 an den Zwischenspeicher 48 der Strangwicklung 49-beispielsweise H-Potential an den Ausgängen 0 und 2 und L-Potential an den Ausgängen 1 und 3 bei positiven Strangstrom I unter Beibehaltung des Wertes +Iv bei der Strangwicklung 49'-stellt sich der Schrittmotor 31 auf die in der Fig. 6 durch die Kennzeichnung 5 dargestellte Korrekturlage des Verdrehungswinkels cp ein. Entsprechendes gilt für die Einstellung in andere Korrekturlagen.
  • Soll der Schrittmotor in einer Halbschrittposition HS anhalten, bleibt der Eingang 3 des D/A-Wandlers 60, an dessen Eingängen in diesem Falle H-Potential enliegt, weiterhin auf H-Potential, um das in dieser Stellung geringere Haltemoment des Schrittmotors 31 zu erhöhen. Zur Vermeidung einer zu großen Erhöhung des Strangstromes I, die sich durch eine Stromverdoppelung ergeben würde, ist der Spannungsteiler aus den Widerständen 61 und 62 vorgeschaltet, so daß die Steuerspannung UST nicht verdoppelt, sondern nur um den halben Betrag erhöht wird. Damit erhöht sich der Strangstrom I der jeweils erregten Strangwicklung 49 oder 49' in der Halbschrittposition HS von dem Stromwert +Iv bzw. -Iv auf den Stromwert +IH bzw. -IH, bei dem sich noch keine Wärmeprobleme bei einer Dauerhaltestellung des Schrittmotors 31 in dieser Position ergegeb.

Claims (1)

  1. Nähmaschine mit
    einer Hauptwelle (1),
    einer senkrecht geführten Nadelstange (6), die zur Ausführung einer Hubbewegung mit der Hauptwelle in Antriebsverbindung steht,
    einem über Stellmittel (21-29, 32-38) betätigten Stoffschieber (40),
    einem mit den Stellmitteln gekoppelten Schritt- motor (31) zur Erzeugung einer Vorschubbewegung des Stoffschiebers,
    einer die Drehrichtung und den Drehwinkel des Schrittmotors und damit die Größe und Richtung des Stoffschiebervorschubs bestimmenden Steuerschaltung, welche folgende Einrichtungen aufweist:
    (i) einen Mikrocomputer (42),
    (ii) einen mit der Hauptwelle gekoppelten Impulsgeber (43) zur Lieferung von die Bewegung des Schrittmotors auslösenden Taktimpulsen an den Mikrocomputer,
    (iii) einen Zwischenspeicher (48) zur Speicherung eines jeweils vom Mikrocomputer erzeugten Binärwerts,
    (iv) eine D/A-Wandlereinheit (52) zur Umwandlung des jeweils im Zwischenspeicher enthaltenen Binärwerts in einen Analogwert,
    (v) eine Komparatoranordnung (54; 70) zum Vergleich des jeweils von der D/A-Wandlereinheit gelieferten Analogwerts mit den Ausgangssignalen von Meßgliedern (84), welche die Stromstärken in jeder Strangwicklung (49, 49') des Schrittmotors (31) erfassen,
    (vi) Strangstrom-Treiberschaltungen (56) zur Festlegung der Größe, Dauer und Richtung der Strangströme in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Komparatorschaltungen sowie von Schaltsignalen, die den Treiberschaltungen vom Mikrocomputer über Schaltleitungen (58, 59, 58', 59') direkt zugeführt werden.

    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Schaltsignale an gewählt sind, daß ein Halbschrittbetrieb des Schrittmotors ermöglicht wird, und
    die vom Mikrocomputer (42) in den Zwischenspeicher (48) eingebbaren Binärwerte Korrekturwerte umfassen, für die sich jeweils eine Änderung der Winkelstellung des Schrittmotors (31) ergibt, welche einem vom jeweiligen Korrekturwert abhängigen Bruchteil eines Halbschritts entspricht.
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